Современные технологии освещения: вперед в будущее

В последнее десятилетие отмечается интенсивное развитие технологий освещения. Приобретают все более широкую популярность светодиодные приборы, которые обеспечивают качественное освещение объектов, отличаются длительным сроком эксплуатации и экономичностью в использовании. Высокая конкуренция заставляет производителей светодиодов снижать стоимость своей продукции и расширять ее функциональные возможности.

Светильники

Тенденции XXI века в сфере освещения помещений

XXI век ознаменовался развитием новых технологий светодиодного освещения, которые по своей эффективности существенно опережают лампы накаливания и люминесцентное оборудование. Ученые разных стран проводят исследования материалов и методов производства светодиодов (СД), что позволяет активно совершенствовать продукцию. К преимуществам светодиодных осветительных приборов можно отнести нижеследующие характеристики.

Энергоэффективность и экономичность

Светодиоды значительно более экономичные источники света, чем аналоги. Так, светоотдача СД составляет 120–150 люмен/ватт, в то время как у люминесцентных ламп этот показатель всего 60–100, а у ламп накаливания и галогеновых — всего 10–24.

Использование светодиодов позволяет экономить финансовые средства на профилактических и ремонтных мероприятиях. Также отсутствует риск перегрузки электросетей при включении светильников, а потери на линиях питания сводятся к минимуму. Это объясняется тем, что ток, потребляемый СД-устройствами, равен 0,6–0,9 А (у газовых приборов — порядка 2,2 А).

Экологичность и безопасность

Данное оборудование является экологически чистым и не требует особых условий обслуживания и утилизации. Оно пожаро- и электробезопасно, может использоваться под водой и в помещениях с высокой влажностью. Также СД, в отличие от люминесцентных аналогов, не выделяют ртутных паров и не содержат фосфор. У них отсутствует отрицательный эффект низкочастотных пульсаций, вызывающих усталость глаз.

Стабильность и длительность работы

Средний срок работы светодиодов составляет порядка 50 000 часов, что в 10–100 раз больше, чем у ламп накаливания. Кроме того, световой поток и сила света СД не изменяются со временем (у традиционных ламп отмечается снижение светового потока на 40–60% уже в первые месяцы использования).

Эти осветительные приборы оснащаются корпусами из алюминиевых сплавов и поликарбонатными стеклами, благодаря чему отличаются прочностью, надежностью и виброустойчивостью. Они работают в широком диапазоне — 80–230 В, поэтому исправно функционируют в условиях перепадов напряжения. Так, если напряжение снижается до 110 В, обычные лампы выключаются, а СД-устройства продолжают выполнять свои функции (хотя их яркость уменьшается).

Светодиодные светильники лучшим образом зарекомендовали себя в суровых погодных условиях. Традиционные лампы, используемые для освещения улиц, неудовлетворительно запускаются при температуре воздуха -20°С. А светодиоды исправно работают при температуре до -60°С.

Повышение качества цветопередачи

Высокая контрастность излучения, которая обеспечивается СД-светильниками, позволяет повысить четкость освещаемых объектов и улучшить цветопередачу (ее индекс составляет 75–85 Ra, у ламп накаливания — 68, у натриевых светильников — 25). КПД использования светового потока в данных осветительных приборах достигает 100%, в то время как у стандартных уличных светильников он не превышает 75%.

Интеллектуальная управляемость

Передовые разработчики осветительного оборудования предлагают приборы, контролировать работу которых можно, например, посредством мобильных устройств. В частности, пользователь имеет возможность программировать включение и выключение светильников, настраивать режимы работы для различных жизненных ситуаций, изменять цвет излучения и др.

Расширение сфер применения светодиодного освещения и активное развитие LED-технологий

Благодаря активному развитию световых технологий, светодиодные светильники начали активно использоваться в жилых и офисных помещениях, а также на улицах. СД-приборы используются для организации нестандартных осветительных систем, для подсветки рекламных щитов и витрин, элементов ландшафтного дизайна, фасадов зданий.

Новые технологии светодиодного освещения: инновационные разработки и решения

Активное развитие энергосберегающих технологий светодиодного освещения привело к тому, что мировой объем продаж СД-устройств еще в 2013 году возрос до 14,4 миллиардов долларов, а к 2018 году может достигнуть 25,9 миллиардов. Увеличению темпов роста продаж способствует уменьшение цен на светодиоды до такого уровня, который делает выгодной замену традиционных ламп на светодиодные. Если до 2012 года СД наиболее активно использовались для подсветки дисплеев и экранов телевизоров, то сейчас более 50% рынка приходится на эти осветительные системы.

Основной объем продаж СД-устройств обеспечивают японские (Nichia Corporation, Everlight Electronics и др.) и южнокорейские (Seoul Semiconductor, LG и др.) производители. На долю первых приходится порядка 27–32% рынка, а на долю вторых — около 26–27%. В США рост продаж обеспечивают 3 компании — Cree, Veeco Instruments, Applied Materials, в Европе — только одна — Philips Lighting (Нидерланды). На долю восьми вышеперечисленных производителей приходится порядка 68% продаж СД-техники. Однако в последние годы в обеспечение роста продаж активно включились предприятия из Тайваня (13 компаний) и Китая (9 предприятий).

В развитии технологий освещения отмечаются такие тенденции, как консолидация производителей (обусловленная снижением цен на товары, а, соответственно, и прибылей), интеллектуализация продукции, рост продаж устройств средней и высокой мощности, развитие сферы производства источников питания для светодиодов. Сегодня ученые работают над внедрением следующих инновационных решений.

GaN-светодиоды на кремниевых подложках: на шаг вперед

Эта технология освещения обеспечивает отличную светоотдачу, а, соответственно, высокую яркость света и экономичность использования электроэнергии. Изначально при производстве применялись достаточно дорогие сапфировые подложки, но затем им на смену пришли более доступные по цене кремниевые. Они примерно на 30% дешевле сапфировых, однако вопрос о целесообразности их массового производства пока не решен, так как устройства с кремниевыми подложками оснащаются дорогостоящими источниками питания и оптикой. Соответственно, стоимость конечного продукта снижается незначительно. Разработкой технологий GaN-светодиодов на подложках диаметром 100 и 150 мм в настоящее время занимаются компании Toshiba, LatticePower, Aledia, BridgeLux, Azzurro Semiconductors, Plessey и ARC Energy.

GaN-светодиоды на GaN-подложках: технология будущего

Это еще одна активно развивающаяся современная технология, которая выгодно отличается от технологии с кремниевыми подложками более высоким качеством цветопередачи и интенсивностью светового потока (у GaN-на-GaN изделий он в 5–10 выше, чем у СД GaN-на-Si и GaN-на-SiC). Разработкой данной технологии занимается, в частности, компания Soraa. По мнению специалистов этого предприятия, использование «родной» GaN-подложки дает возможность упростить процесс изготовления светодиодов и снизить себестоимость продукции.

LED SlimStyle: тоньше — значит лучше

Компании Philips и NliteN разрабатывают технологи производства светодиодных ламп SlimStyle . Заявленная стоимость этого изящного изделия составляет менее 10 долларов. Оно отличается тонкостью и легкостью, а также относительно невысокой стоимостью производства. Основная особенность таких ламп — наличие дискообразного теплоотвода, на котором расположены 26 светодиодов. Яркость свечения устройства — 800 лм, мощность — 10,5 Вт.

Лампа излучает мягкий белый свет, срок ее службы составляет примерно 3 года (и это главная причина сомнений в том, что конкурентоспособность продукта будет высокой, так как срок эксплуатации конкурирующих изделий может достигать 10 лет). Разработчики считают, что это СД-устройство может найти применение для освещения квартир и домов.

Источники питания светодиодов по переменному току: проще и эффективнее

При разработке новых технологий освещения уделяется внимание и источникам питания. Так, традиционно для обеспечения равномерного (без мерцания) освещения применяются источники питания на постоянном токе, обеспечивающие защиту светодиодного светильника от короткого замыкания, перегревания и перепадов напряжения.

Но в последнее время намечается тенденция к использованию источников переменного тока. К их преимуществам относится простота архитектуры и способность избавлять светодиоды от таких недостатков как низкая мощность и значительные нелинейные искажения. Разработкой и внедрением источников питания по переменному току занимаются компании Seoul Semiconductor (серия Acriche) и Lynk Labs (серия Tesla).

LED с возможностью настройки цвета

Современные световые технологии позволяют проектировать СД-светильники для получения любого цвета в видимом диапазоне. Полный спектр цветов излучают фиолетовые и синие светильники. Востребованы цветные приборы, прежде всего, для оформления автомашин, торговых и жилых помещений.

Так, Philips производит комплекты СД-ламп Hue , излучение которых (интенсивность, цвет) можно контролировать при помощи мобильных приложений. В комплекте — три лампы и концентратор. Пользователь может программировать график включения и выключения устройств, режимы их работы в различных жизненных ситуациях (работа, отдых и др.). Цвет излучения можно выбрать из палитры или даже с фотографии. Но есть у таких комплектов существенный недостаток — стоимость, достигающая 200 долларов. Этот фактор пока препятствует широкому распространению подобного оборудования.

Human Centric Lighting (HCL): освещение и биоритмы

Разработчики стремятся адаптировать технологии освещения жилого помещения к особенностям человеческого организма, поэтому появились светильники с управляемым цветом излучения. Использование такого оборудования позволяет организовать освещение, которое благоприятно влияет на здоровье человека, в частности, на биоритмы, от которых, по утверждениям исследователей (в рамках программы «Освещение, ориентированное на человека»), в некоторой степени зависит вероятность развития ожирения, диабета и онкологических заболеваний. Эта программа пользуется особой популярностью в США и Европе. Она затрагивает вопросы улучшения настроения, повышения внимания и работоспособности, нормализации режима сна и бодрствования и др. Светодиоды в HCL-светильниках обеспечивают управление цветовой температурой и потоком света. По прогнозам специалистов ассоциации LightingEurope , к 2020 году такие устройства составят около 7% рынка осветительных приборов.


Таким образом, современные технологии систем освещения позволяют пользователям снижать затраты на покупку и обслуживание осветительного оборудования. А наметившаяся интеллектуализация устройств уже сегодня дает возможность дистанционно управлять осветительными системами и настраивать их работу под собственные нужды.

Полезно знать

Ка­за­лось бы, не­об­хо­ди­мость в разъ­яс­не­нии до­сто­инств све­то­ди­од­но­го осве­ще­ния се­год­ня прак­ти­чес­ки от­па­ла, но тем не ме­нее мно­гие пред­при­я­тия ЖКХ, управ­ля­ю­щие и стро­и­тель­ные ком­па­нии до сих пор про­дол­жа­ют упор­но ис­поль­зо­вать тех­но­ло­гии осве­ще­ния ушед­ше­го ве­ка. Мож­но лишь пред­по­ло­жить, что это свя­за­но с пол­ным от­сут­ст­ви­ем стра­те­ги­чес­ко­го мыш­ле­ния и пла­ни­ро­ва­ния, с же­ла­ни­ем ру­ко­водст­во­вать­ся сию­ми­нут­ны­ми ин­те­ре­са­ми, из­вле­кать крат­кос­роч­ные вы­го­ды.